JP4257198B2 - ギアの歯の位置を決定するための方法、装置およびシステム - Google Patents
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Description
船舶エンジンなどの大型燃焼機関の制御について、出力シャフトのトルクを正確に計測することが必要とされている。そのような計測と、シリンダ内の燃焼状態の計測を組み合わせると、エンジンの監視および制御が可能になり、より高速でかつ燃料消費の低減が可能になる。燃料消費の低減に対する需要が増大しており、また排ガスの化学成分に対する環境的な要求が絶え間なく増加しているので、燃焼機関の動作の監視に対する要求が増加している。不点火は排ガスの化学成分に影響し、燃焼機関の可使時間に悪影響を及ぼすことがある。連続的な測定により、エンジンの性能に影響する不点火およびその他の要因を検出することができ、適切に機能させるための対策をとることができる。
トルクの測定は出力シャフトのトルクモーメントに基づいて行うことができる。トルクの程度は、シャフトの長さ方向の捻れにより示され、シャフトの一端における角度の傾きと他端における角度の傾きの差異を計測することによって決まる。
隣接する設備を調整するために精度が必要であっても、これらの装置の比較的低い精度を向上させることは困難であった。そのような装置は所望されているほど広く使用されていない。これらの装置の精度が低いのは、それらの装置が発信する信号が、ギアの歯の位置だけでなく、ギアの歯の状況、ギアの歯と測定装置の距離、およびギアの歯の磁気的特性に依存する。ギアホイールは殆ど完全な円形でないと同時に、ギアの歯は摩耗および変形を受けていることにより、これらのパラメータ全ては、それぞれの歯によって、また時間に伴って変わりうる。
特許文献2では、シートの端の測定を行う場合のコイルの配置方法を開示している。同様に、ギアの歯の端位置を測定できるが、その装置の問題は、かなりの数学的計算が必要で、速く回転するギアホイールに用いる場合に時間的な問題が生じる。さらに、そのような計算には高速計算能力が必要で、ギアの歯の位置を測定するためにそのような装置を不必要に高価なものにする。
特許文献3の方法では、物体の位置を測定するためのコイルの配置方法を示している。ギアの歯の上方のコイルで歯の位置を測定する場合、該装置は物体までの距離を測定するが、物体の位置は測定しない。
本発明の目的は、迅速にかつ正確に、金属物体、特にシャフトに配置されたギアホイールの歯の位置を測定することである。本発明の他の目的は、シャフトの角度の傾きを迅速にかつ正確に測定することである。
本発明のまた他の態様では、ギアホイール上の歯のような1つ以上の物体の位置を、ギアの歯の中心を検出することにより測定するための、誘起測定装置を含む装置およびシステムを提供する。
受信コイルの誘導電圧を測定する特に有利な方法は、送信コイルへの電流供給が遮断された時間から少しの間、コイル内に蓄えられる磁界エネルギーに関してできるだけ短い間、または遮断後通常0.2から2マイクロ秒程度の間の、電圧を積算することである。遮断時間をできるだけ短くすると、測定される電圧は物理的な形態に大きく依存するようになり、歯の電気的または磁気的特性への依存は減る。従って、該方法はギアの歯の電気的または磁気的特性の僅かな局所的な変化の影響を受けにくい。
距離の測定値の重要な利用は、フライホイールが回転しているときギアの歯の中心位置を自動的に示唆することである。差の値が0である場合、中心位置が通過していることを示しているが、装置が2つのギアの歯の上方で該ギアの間に位置するときにも第2の0の値が獲得される。コイル信号の合計が高いときにのみ作動される0値検出器を利用することにより、ギアの歯の中心点のみを測定することができる。
本発明の利点は、ギアホイールのギアの歯の位置を迅速に、且つ正確に決定できることである。これは、ギアホイールがとりつけられているシャフトの傾きを、例えば駆動中の内燃機関の内燃特性を規制するのに十分であるほど、正確且つ迅速に決定できることを意味する。言い換えると、燃料経済の向上、および排気物質の細かい制御が獲得できることを意味する。エンジン制御の向上の結果として、パーセント単位の比較的小さな燃料の節約および排気物質の改善は、エンジンの総稼動寿命を考えた場合、燃料の節約および排ガス物質の改善において大きな利点をもたらす。
本発明はまた、固定部品のみを備え、ほとんど維持管理が必要でないので、操作の面でも効率的である。検出システムは、ギアの歯の摩耗、ほこり、腐食に影響されない。また、検出されるのがギアの歯の中心なので、1つ以上のギアの歯の相対的な形状の変化に影響されない。したがって、該方法は、エンジンの耐用年数を通じて用いることができる。ギアの歯の位置の誘導測定を利用しようとした初期の試みに共通する問題は、電気抵抗や透磁率のような、ギアの歯の材料パラメータが途中で影響を及ぼし、時間がたつと信号が変化することであった。全く同一のギアの歯で材料パラメータが変化するような場合でも、本発明による装置は中心位置を正確に測定することができる。上述の積算時間は短いので、測定されるのはギアの歯の表面と大きさのみで、材料パラメータには影響されず、したがって表面にわたって材料パラメータが変化しても測定の精密さには影響しない。
本発明の他の利用法は、コンベヤベルトまたは同様の装置上の、金属物体の固定位置の測定、および、規則正しいパターンで配置された金属部品のアームの位置測定を含む。
図1は、矢印6の方向に回転しているギアホイール(図示しない)上のギアの歯5を示している。送信コイル3および2つの受信コイル7と8は、ギアの歯5に対応する位置に配置されている。タイミング回路1は、トランジスタ2に電気的に連結されており、トランジスタ2はさらに送信コイル3に連結されている。送信コイル3の他端は接地10されている。受信コイル7と8は、送信コイル3の対称軸9について対称に配置されている。受信コイル7と8は、接地10されるか、または端72と82により電位が規定される。受信コイル7と8各々の他端71と81は、抵抗11と12を介して増幅器13、積算器14、積算信号を測定するために配置されている回路16、および信号の符号の変化を検出するために配置されている別の回路17に連結している。
本発明による誘導測定装置または計測器の好ましい実施形態を図1に示した。コイル3、7、8の配置は、ギアホイールの外周に歯5のような歯を含むギアホイール(図示しない)の上方に位置している。
―コイル配置とギアの歯の間の距離が長いとき、差異の測定値として回路16からの積算信号Adと、回路24からの和の積算信号をAsを、
―通常の距離の場合、それぞれBdおよびBsを、
―短い距離の場合、それぞれCdおよびCsを
示す。
時間の経過に伴う信号の両方の変化を、図3にしたがって、本発明の有用性を高める幾つかの方法により利用することができる。
例えば、差および和の積算の間の関係を適切に調整された回路に取り込んで、ギアの歯5とコイル配置3、7、8の間の距離によって変化しない関係を獲得できる。加えて、x軸方向への連続して動くギアの歯5の中心位置を検出するために利用してよい。
2つの信号、差および和の積算を利用するための他の方法は、図3の差異Ad、Bd、Cdが0になるときを検出するための検出回路を使用するものである。これらの0値は、和As、Bs、Csが特定の値に到達していることに依存する。その値はギアの歯がコイル配置の下にあるときにのみ超過される。他の場合、信号の和はその値より低く、ギアの歯はコイル配置の下にないことを示しており、差異の0値は示されない。したがって、コイル配置が2つのギアの歯の上方に、及び2つのギアの歯の間にあるとき、0位置の移行は示唆されず、そのような位置は、ギアの歯の中心位置の測定を妨げない。
本発明による好ましい実施形態の略図を図5に示す。図5は、ギアの歯5、送信コイル3、2組の受信コイル73、74と83、84の平面図である。有利には該コイルは図1の対称軸9に垂直な同一平面内に配置されている。図1のy方向の上方から該コイルおよびギアの歯5を見ると、図1の2つの受信コイルは、さらに2つのコイルに分かれている。
Claims (6)
- 金属製のギアの歯の近くに配置されて、電流が所定の周期で断続的に供給される少なくとも1つの送信コイル(3)と、上記送信コイル(3)の中心軸に対して実質的に対称に配置される2つの受信コイル(7,8)とを備えて、金属製のギアの歯の中心点を高速で且つ正確に測定する方法であって、
−送信コイル(3)への電流を突然遮断する段階と、
−2つの受信コイル(7,8)の誘導電圧の間の差異を決定する段階と、
−電流の遮断時から、0.2マイクロ秒から2マイクロ秒までの固定時間の間に、上記差異を積算する段階と、
−上記積算がゼロになるときを決定する段階と、
−それにより、金属製のギアの歯(5)の中心点が上記送信コイル(3)の中心軸を通過したことを示す段階と
を有することを特徴とする方法。 - さらに、
−受信コイル(7,8)の誘導電圧の和を計算する段階と、
−電流遮断時から短時間の間に上記和を積算する段階と、
−それにより、コイル(3,7,8)と金属製のギアの歯(5)との距離の測定値として信号(SumUt)を生成する段階と
を有することを特徴とする、請求項1に記載の方法。 - さらに、
−受信コイル(7,8)の誘導電圧間の差異の積算がゼロになるとき信号(Ut)を生成する段階と、
−信号(SumUt)が所定の値を超えたことを検出する段階と、
−それにより、信号(Ut)がゼロのとき、金属製のギアの歯(5)の中心点が送信コイル(3)の中心軸を通過することを検出する段階と
を有することを特徴とする、請求項2に記載の方法。 - 金属製のギアの歯の中心点を、高速且つ正確に測定するための誘導測定装置およびシステムであって、該システムは、電流が所定の周期で断続的に供給される少なくとも1つの送信コイル(3)、1つのタイミング回路(1)、2つの受信コイル(7,8)、1つの増幅器(13)および1つの積算器(14)を備え、該受信コイル(7,8)が送信コイル(3)の中心軸に対して実質的に対称的に互いに離間して配置されており、
−手段(11,12,13)が、2つの受信コイル(7,8)の誘導電圧の間の差異を決定するために配置されていることと、
−手段(14)が、電流の遮断時から、0.2マイクロ秒から2マイクロ秒までの固定時間の間に、上記差異を積算するために配置されていることと、
−手段(16,17)が、上記積算がゼロになるときを検出するために配置されていることと、
−それにより、金属製のギアの歯(5)の中心点が上記送信コイル(3)の中心軸を通過したことを示すこと
を特徴とする誘導測定装置およびシステム。 - −手段(20,21,22)が、受信コイル(7,8)の誘導電圧の和を計算するために配置されていることと、
−手段(15,23)が、短時間の間に上記和を積算するために配置されていることと、
−手段(24)が、コイル(3,7,8)と金属製のギアの歯(5)との距離が所定の値を超えたとき、信号(SumUt)を生成するために配置されていることと
を特徴とする、請求項4に記載の誘導測定装置およびシステム。 - −手段(17)が、受信コイル(7,8)の誘導電圧間の差異の積算がゼロになるとき信号(Ut)を生成するために配置されていることと、
−手段(24)が、信号(SumUt)が所定の値を超えたことを検出するために配置されていることと、
−信号(Ut)がゼロのとき、金属製のギアの歯(5)の中心点が送信コイル(3)の中心軸を通過することを示すことと
を特徴とする、請求項5に記載の誘導測定装置およびシステム。
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